IGD - Meine Arbeiten Teil 3 -- "Intelligenter Helfer"

Der dritte Teil dieser Serie befasst sich mit der Arbeit an einem helfenden Haushaltsroboter. Die Ausbeute an Bildmaterial für diesen Artikel fällt leider recht mager aus und das hat folgenden Grund:

Der genaue Einsatz dieser Arbeit ist mir nicht bekannt (gewesen), es hieß nur: "Wir brauchen einen Roboter, welcher nett aussieht und was 'sinnvolles' und hilfreiches macht" - so, oder so ähnlich war der Wortlaut. Der Roboter unterlag somit keinen technischen, oder optischen Vorgaben, was mir freie Hand bei der Gestaltung gab.
Aus dem Grund entstand die Szene in einem so rapiden Tempo, dass ich damals nur zwei Renderings von dem hier gezeigten Roboter erstellt habe. Das eine Bild, welches den Roboter in einer Ausgangs- bzw. Idle-pose zeigte, hat nie die Festplatte gesehen. Das andere Bild seht ihr jetzt.

Die Wohnzimmerszene ist bereits aus den früheren Teilen dieser Artikelserie bekannt und wurde für dieses Rendering nicht weiter bearbeitet, sondern nur "recycelt". Man erkennt immer noch die recht leeren Regale, was darin begründet liegt, dass ich die Szene noch während der Entwicklung für verschiedene Nebenaufträge "missbraucht" habe.

Der Roboter selbst entstand innerhalb von ca. zwei Stunden und erinnert nicht zufällig an Eve aus dem Pixar / Walt Disney Animationsfilm "WALL-E". Ich glaube ich habe den Film sogar noch am Vortag geschaut und fand das Design sehr passend.
Somit skizzierte ich den Roboter kurzerhand in meinen Collageblock und bildete die symmetrische, runde Form des Roboters mit Splines in 3ds max nach, welche ich im Anschluss mit einer Dreh-Extrusion in ein Polygonmodell umwandelte.

Die Skizze habe ich mir glücklicherweise aufgehoben!

Die Teekanne ist jedem, der sich ein wenig mit Computergrafik befasst sicherlich bekannt. Die Tasse und das Tablett sind meine kleinen Kreationen.

Der Roboter besteht außerdem noch aus den Armen, welche recht einfach aus Sphären und Zylindern zusammengesetzt und hierarchisch miteinander verbunden sind, so dass die Gestaltung der Pose leichter viel.
Bones habe ich keine verwendet, denn für den gewünschten Zweck wäre die Arbeit damit zu aufwendig.

Texturen besitzt der Roboter, bis auf sein freundliches Antlitz, keine. Seine Oberfläche wurde durch Materialien definiert,

Interessanterweise habe ich mit dem oben gezeigten Rendering auch auf Anhieb das Licht, die Kameraposition und die Gesamtstimmung nach dem Geschmack meines "Auftraggebers" eingefangen.
Da die Render-Einstellungen durch die Parallelprojekte bereits fertig abgestimmt waren, war die Szene im ersten Durchlauf im Kasten.

Ich hoffe sie gefällt euch!

Bis zum nächsten Teil meiner Arbeiten am Fraunhofer IGD.

IGD - Meine Arbeiten Teil 2 -- "Was machen die Kühe?"

Eines Tages beauftragte man mich für eine Ortungssystem-Demo eine Kuh zu entwerfen.

"Martin, wir brauchen Kühe!"

Wie das Endergebnis geworden ist und welchen Problemen ich begegnet bin, möchte ich im heutigen Artikel schildern.

Trivia

• Da ich mit der Demo per se nicht viel zu tun hatte, kann ich auch nicht viel dazu sagen. Was ich weiß ist, dass eine Kuh für ein virtuelles "Bauernhof"-Szenario gebraucht wurde, bei dem der virtuelle Bauer immer seine Schäfchen bzw. in dem Fall Kühe auf der weitläufigen Weide im Blick hat - inklusive all ihrer Vitalzeichen.
• Da die Demo eine Echtzeitsimulation sein sollte, ging es beim Modellieren auch darum einen optimalen Kompromiss zwischen Polygonanzahl und Detailgrad zu finden. Die auf den Bildern sichtbare Kuh hat in der Summe rund 6.000 Polygone.
  
• Die Modellierung, Texturierung und Animation habe ich mit 3ds max 2009 gemacht.
  
• Für einige der Screenshots in diesem Artikel habe ich das brandneue 3ds max 2012 in der "Education"-Version genutzt. Absolute Empfehlung - beste Version seit 3ds max 2009.
  
• Während der mehrwöchigen Arbeit an dem Modell (meine Wochenarbeitszeit als HiWi ist wegen der lächerlichen 400 Euro Grenze stark beschränkt - danke Vater Staat) wurde ich laufend mit einem herzlichen "Was machen die Kühe?" begrüßt! ^_^'

Modellierung und Texturierung

Da ich vor diesem Modell nur recht technische Modelle bzw. Sach-Modelle erstellt habe, war so ein (relativ komplexes) organisches Modell durchaus eine kleine Herausforderung für mich. Zusätzlich kannte ich Kühe bestenfalls aus dem Fernsehen - als deutscher (Vor-) Stadtmensch laufen einem nicht so häufig Kühe über den Weg. Somit musste ich mir meine Referenzen erstmal zusammensuchen.
Internet sei Dank kommt man aber auch ohne große Mühe an Referenzmaterial in Form von Bildern und Videos.

Leider fiel mir viel zu spät ein, dass es auch Plastik-Modelle von Kühen im Spielzeug- und Modelleisenbahn-Laden gibt.
Gestützt auf unzählige Fotographien und Videos von glücklichen Kühen fing ich somit an zu modellieren und arbeitete mich von der Schnauze zum Hinterteil "vor".

Eine wesentliche Neuerung für mich und eine absolute Wohltat zugleich war mein erstmaliger Einsatz einer 3DConnexion SpaceNavigator 3D-Maus.
Dieses schmucke Stück eines Eingabegerätes vereinfacht die Navigation im virtuellen Raum und macht es derart intuitiv, dass ich heut zu Tage gar nicht mehr ohne ein solches Gerät modellieren möchte.
Die SpaceNavigator-Maus ist zwar eine "Einsteiger"-3D-Maus, doch für die meisten Zwecke absolut ausreichend und deutlich günstiger als eine SpacePilot Pro, oder SpaceExplorer. Wer gerne und viel modelliert, dem kann ich eine 3D Maus absolut ans Herz legen. Nutzbar ist sie unter anderem auch mit Google Earth, Photoshop, Autodesk Maya und vielen anderen Programmen.



Die Kuh besitzt nur zwei Texturen: Eine für die Augen, eine für das fleckige Fell. Beide Texturen wurden mit Photoshop erstellt.

Da das Modell für die Echtzeit-Renderumgebung des Fraunhofer IGDs exportiert werden musste, und das Export-PlugIn für 3ds max zum damaligen Zeitpunkt noch arge Probleme mit komplexen UVW-Maps hatte, musste ich etwas tricksen. So habe ich das Fell mittels einer, um 45 Grad auf der Längsachse der Kuh verdrehten, Projektionsplane gemappt. Nicht gerade die eleganteste Lösung, doch eine, welche ein relativ angenehm asymmetrisch-organisches Ergebnis lieferte und dabei den Exporter nicht überforderte.

Die Schnauze, die Hufe, sowie das Euter bekamen "per-vertex" Farben zugeteilt. Dadurch erreichte ich ein schnell gemachtes und trotzdem ansprechendes Ergebnis.




Rigging und Animation

Nachdem das 3D Modell der Kuh fertig modelliert war, musste das nette Rind noch laufen lernen - die Kühe sollten schließlich in der Demo frei über die Weide traben und vom Ortungssystem überwacht werden.

Mir wurde während der Arbeit bewusst, dass ich in Sachen Rigging und Animation noch viel dazulernen musste. Ich konnte zwar, wie im ersten Teil dieser Artikelserie gesagt, ohne Probleme fertige, organische Modelle anpassen, doch ein komplett jungfräuliches Modell selbst zu riggen und zu animieren, fiel mir doch reichlich schwer.
Um menschenähnliche Gestalten zu riggen und zu animieren enthielt 3ds max 2009 zwar ein gut gemachtes Biped-Skelett, doch für eine Kuh, welche auf vier Beinen läuft, war das so nicht praktikabel. Aus dem Zweibeiner (Biped) musste ein Vierbeiner (Quadruped) inkl. Schwanz gebaut werden.


Nachdem diese Arbeit erledigt war, konnte dann schließlich und endlich das Skelett per Skin-Modifier an das Polygonmesh gekoppelt und die Kuh animiert werden.

Auch hier zeigte sich: Der Umgang mit dem Skin-Modifier muss auch erstmal erlernt werden. Kaum dachte ich alle Vertices an die richtigen Bones mit der entsprechenden Gewichtung gemappt zu haben, schon wurde aus irgend einem Grund ein Polygon am Schwanz der Kuh verändert, wenn die Kuh ihren Kopf bewegte.

Für die Bewegungsabläufe (stehen, sitzen, laufen) nutzte ich als Referenz verschiedene Videoportale, denn auch hier gilt: Normalerweise laufen keine Kühe durch Büroräume.
Ich war sehr überrascht, wie viele Details man doch an so einem unscheinbaren Tier entdeckt, wenn man es über einen längeren Zeitraum "intensiv" studiert. Sehr interessant fand ich die recht steife Vorwärtsbewegung der Hinterläufe (hat meiner Meinung nach Ähnlichkeit mit laufen auf Stelzen).

Ob das Ergebnis überzeugt, könnt ihr euch in folgendem Video ansehen:

Die stehende und sitzende Kuh will ich an dieser Stelle nicht zeigen, da zum Einen die Stehpose recht langweilig und zum Anderen die Sitzpose eine Katastrophe ist! Bei letzterer zeigte sich, wie viel Know-How man doch für ein ansprechendes und wiederverwendbares Rigging-Ergebnis genötigt.



Das war Teil zwei der Artikelserie zu meinen Arbeiten am Fraunhofer IGD.
Im nächsten Teil zeige ich dann mehr "technisches" Material.

Kritik, Kommentare und Anregungen sind sehr willkommen!

IGD - Meine Arbeiten Teil 1 -- Nursing Service

Seit August 2008 arbeite ich nun als Student beim Fraunhofer-Institut für Graphische Datenverarbeitung (IGD) in Darmstadt und möchte euch nun einige meiner visuellen Arbeiten präsentieren.
Dazu habe ich freundlicherweise die Erlaubnis erhalten einen Teil meiner Arbeit hier auf meinem Blog zu veröffentlichen und ein wenig über den Entstehungsprozess zu berichten.


Nursing Service - Storyboard-Actionsequenz

Beginnen möchte ich die mehrteilige Präsentation mit einer in Bilderserie, welche für ein Projekt-Proposal ende des Jahres 2008 erstellt und genutzt wurde.

Es handelt sich bei dieser Bilderserie um ein Aktionssequenz über fünf Bilder, welche einen eingehenden Anruf eines Altenpflegers bei einem älteren Herren, über die im Haus verfügbaren Multimedia-Geräte und die intelligente Lichtsteuerung, sowie die Absprache eines Termins zeigt.
Speziell wird hier eine Videokonferenz über den Fernseher mit eingebauter Videokamera zwischen Altenpfleger und der zu betreuenden Person geführt.


Die Sequenz

Ein älterer Herr sitzt zu Hause auf dem Sofa und liest bei gedimmtem Licht und eingeschalteter Leseleuchte ein Buch.

Plötzlich schaltet sich der Fernseher ein und zeigt eine Nachricht an, welche einen Anruf vom Altenpfleger verkündet. Um die Aufmerksamkeit noch stärker auf sich zu lenken und die Art der aktuellen Situation zu verdeutlichen, wird zusätzlich ein blaues Licht hinter dem Fernseher aktiviert.

Der ältere Herr ist mit dem Anruf einverstanden und tätigt eine Annahme-Geste, indem er seine Hand mit der Handfläche nach oben hochhebt. Dies hat zur Folge, dass die Raumbeleuchtung verstärkt...

... und die Videokonferenz gestartet wird. Auf dem Fernseher sieht man den Altenpfleger (schönen Gruß an Felix! ;-) ), ein Bild des alten Herren, sowie die aktuelle Gesprächsdauer.

Irgendwann endet das Gespräch, der Altenpfleger legt auf und der ältere Herr kann sich in Ruhe eine Zusammenfassung der Gesprächsfakten ansehen. Da bei der Videokonferenz ein Termin verabredet wurde, wird auch diese Info angezeigt und der erfolgreiche Kalendereintrag mit einem grünen Licht bekräftigt.


Szenenaufbau / -information

Die Erstellung der Inventarobjekte fing bereits kurz nach meiner Einstellung am IGD im Jahre 2008 an.
Alle in der Szene befindlichen Inventarobjekte wurden von mir mit 3ds max angefertigt und wir werden sie noch in einem weiteren Post wiedersehen. Als Vorlage für die Schrankwand, den Tisch und die Couchgarnitur diente mir der damals aktuelle Katalog eines bekannten schwedischen Einrichtungskonzerns.
Die Objekte bestehen aus über 200.000 Polygonen und sind durch den hohen Detailgrad auch für Nahaufnahmen geeignet.

Als ich die Objekte angefangen habe zu modellieren, schien es mir, als hätte ich ewig Zeit zur Vollendung, da keine genauen Vorgaben getätigt wurden. Es wurden einfach "so viele Objekte wie möglich" gebraucht. Doch in der Branche sollte man sich auf so ein Gefühl nie verlassen, wie ich doch recht schnell merken sollte. Von jetzt auf gleich wurde mir Aufgetragen diese Storyboard-Szenen zu erstellen und plötzlich war die Ewigkeit sehr endlich. Ich hatte bis zu dem Augenblick zwar schon einige Objekte fertiggestellt, doch passten viele der Objekte thematisch nicht in diese Szene. Aus diesem Grund sieht man auch die doch recht leeren Regale in der Schrankwand. Eine wichtige Regel trat das erste Mal in mein berufliches Dasein: "Effizienz vor Perfektion". Jetzt hieß es schnell fertig werden, egal ob nun alle Details perfektioniert waren, oder nicht.

Eines der wichtigsten Objekte in der Szene, das Modell des alten Herren, stammt im Original nicht von mir. Da die Entscheidung Szenen mit einer älteren virtuellen Person zu erstellen, relativ kurzfristige gefasst wurde, entschieden wir uns fertige Modelle aus einer gewerblich vertriebenen Modellsammlung zu lizenzieren.
Dies sollte die Entwicklung des Strips beschleunigen. Da wir uns jedoch für eine recht günstige Modellvariante entschieden, war die Qualität nur suboptimal und ich musste noch viel Arbeit in die Optimierung investieren. Dadurch schrumpfte die erhoffte Zeitersparnis wieder stark zusammen.

Die zwei größten Kritikpunkte waren:

1. Das Mesh war wohl für Echtzeitanwendungen bestimmt und somit recht polygonarm, wodurch die Person etwas deplatziert in der Szene wirkte.

2. Das Rigging war schlecht umgesetzt worden - das Skelett passte nicht richtig zum Mesh. Zusammen mit dem (zu) einfachen Mesh, zeigte unser armer Alter beim Bewegen nicht nur Anzeichen von Gicht, sondern auch schwere Frakturen in den Händen, Armen und Beinen auf. Das war jedoch nicht unsere Absicht!

Es gab aber auch echte Vorzüge des gekauften Modells: Ich lernte nicht nur neue Kniffe beim ausbessern des Riggings, sondern hatte auch die Erleichterung keine Texturen für das Modell anfertigen zu müssen - diese waren, im Kontrast zum Modell, erstaunlich gut.

Die Komposition der Szene war dann der einfachste Teil. Mein Betreuer musste als Altenpfleger vor die Fotokamera und schließlich als Teil der Fernsehtextur herhalten. Die Objekte wurden platziert und es blieb sogar noch ein wenig Zeit dem alten Herren ein offenes Buch zu spendieren, anstelle ihm nur die geschlossenen Buchattrappen in die Hand zu drücken.

Für die Texturen kam eine Mischung aus selbst in Photoshop angefertigten und aus opensource Quellen stammenden Bilddateien zum Einsatz.

Die Szene wird ausschließlich von MR.Area Omni-Lights beleuchtet und mit MentalRay gerendert.


Damit wäre auch schon der erste Exkurs zu einer meiner Arbeiten am IGD Darmstadt beendet. Weitere werden folgen. Ich hoffe es gefällt euch. Falls ihr Kritik und / oder Anmerkungen habt, hinterlasst mir doch einfach einen Kommentar. ;)